KR101555996B1 - Apparatus and Method for compositing covariance matrix using frequency diversity for low-observable target detection - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주파수 다이버시티 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가상배열을 형성하여 얻는 이득과 함께 서로 직교한 송신신호들이 이루는 벡터 공간을 이용하여 직교 투영(Projection) 행렬을 형성하고, 해당 행렬을 이용하여 수신신호 내에 존재하는 원신호 성분을 제거하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치 및 방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE
또한, 본 발명은 수신신호내에 존재하는 원신호 성분의 제거를 통해 수신신호내에 재머신호, 노이즈신호, 원신호가 포함되어있는 상황에서도 기존 재머 억제 기법에 적용 가능한 공분산 행렬을 생성하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention also provides a method and apparatus for generating a covariance matrix applicable to existing jammer suppression schemes even in the case where a jammer signal, a noise signal, and an original signal are contained in a received signal through removal of original signal components existing in the received signal The present invention relates to a covariance matrix synthesis apparatus and method using frequency diversity.
또한, 본 발명은 생성된 공분산 행렬을 이용하여 최적 가중치를 구한 후에 빔포머에 적용하여 재머신호가 억제된 수신신호를 이용하여 원신호의 도래각(AOA: Angle Of Arrival)을 추정하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention also provides a method for estimating an angle of arrival (AOA) of a source signal using a received signal with a jammer signal suppressed by applying an optimum weight to a beamformer using the generated covariance matrix, And an apparatus and method for covariance matrix synthesis using frequency diversity for detection.
저피탐 표적 탐지 레이더는 스텔스와 같은 저피탐 표적에 대해 레이더 신호처리 기법을 적용하여 저피탐 표적을 탐지하고 파라미터들을 추정하는 레이더이다. 그러므로 저피탐 표적의 탐지 및 파라메타 추출을 위해서는 표적에 대한 복수의 서로 독립적인 RCS(radar cross section)를 획득하고 이를 효과적으로 더해서 전체적인 RCS를 크게 해 주어야 한다. The Hippie Tom target detection radar is a radar that detects the hippocampus target and estimates the parameters by applying the radar signal processing technique to the hippie target such as stealth. Therefore, for detection and parameter extraction of the low-fat target, a plurality of independent radar cross-sections (RCS) for the target must be acquired and effectively added to increase the overall RCS.
표적의 RCS는 편파, 레이더에서 표적을 바라보는 각, 사용 주파수에 따라 크게 변한다. 그러므로 상황에 따라 변하는 표적의 RCS로 인해 하나의 캐리어 주파수를 사용하는 전통적인 레이더 신호처리 방법으로는 표적, 특히 저피탐 표적의 탐지 및 파라메타 추정의 지속적인 성공을 보장하기는 어렵다. The RCS of the target varies greatly depending on the polarization, the angle from the radar to the target, and the frequency of use. Therefore, it is difficult to ensure the continued success of the target, especially the detection of the low-fat trajectory and the parameter estimation, with traditional radar signal processing methods that use one carrier frequency due to the RCS of the target's varying target.
이러한 RCS 변동성을 줄이기 위해서 수신부가 복수의 독립적인 RCS를 얻고 이를 효과적으로 더하는 다양한 방법들이 연구 되었다. 통계적(Statistical) MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더는 표적을 바라보는 각도가 서로 상이하도록 송신 안테나 또는 수신 안테나들 간의 공간적 이격 간격을 크게 하여 전송 경로에 따라 독립적인 복수의 표적 RCS 응답을 얻는다. To reduce this RCS variability, various methods have been studied in which the receiver obtains multiple independent RCSs and adds them effectively. A statistical Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) radar obtains a plurality of independent target RCS responses along the transmission path by increasing the spatial spacing between the transmitting antennas or the receiving antennas so that the viewing angles of the targets are different from each other .
이 방법은 M개의 송신부와 N개의 수신부에 의해서 MN개의 서로 다른 경로가 생기게 되므로 MN개의 표적에 대한 RCS 응답을 얻을 수 있다. 따라서, 이 방법은 공간 다이버시티(diversity) 이득으로 탐지 확률을 높인다. 그러나, 수신기들이 공간적으로 떨어져 있어서 수신 신호들간에 코히어런스가 유지되지 못하므로 코히어런트 이득은 얻지 못하며 또한 DOA 등 파라미터 추정이 어렵다는 단점이 있다.In this method, since MNs are generated by M transmitters and N receivers, RCS responses for MN targets can be obtained. Thus, this method increases the detection probability with a spatial diversity gain. However, since the coherence between received signals is not maintained between the receivers because they are spaced apart from each other, coherent gain can not be obtained, and parameter estimation such as DOA is difficult.
수신 안테나들이 동일한 위치에 있는 동일 위치 코히런트(colocated Coherent MIMO) 레이더는 송신 배열 안테나와 수신 배열 안테나들이 가상배열(virtual array) 구조를 형성하여 코히어런트 처리를 통한 고해상도의 파라미터 추정이 가능하고 SNR(signal to noise power ratio)이 낮은 환경에서 탐지 성능이 Statistical MIMO 레이더보다 유리하다는 장점이 있다. A colocated Coherent MIMO radar with the same position of the receive antennas forms a virtual array structure of the transmit array antennas and the receive array antennas to enable high resolution parameter estimation through coherent processing, the detection performance is advantageous over the Statistical MIMO radar in low signal to noise power ratio environments.
하지만 송신 안테나들과 수신 안테나들의 이격 거리가 작아서 공간 다이버시티 이득을 얻을 수 없다. 즉 수신 신호에 포함된 표적의 RCS 응답이 모든 수신 배열 안테나에서 동일하므로 표적의 RCS 변동 현상을 해결할 수 없는 단점이 있다.However, the spacing distance between the transmission antennas and the reception antennas is small, so that a spatial diversity gain can not be obtained. That is, since the RCS response of the target included in the received signal is the same in all the receive array antennas, there is a disadvantage that the RCS fluctuation phenomenon of the target can not be solved.
표적의 RCS가 주파수에 따라 변하는 성질은 오래전부터 실험적으로 연구되었고 서로 독립적인 RCS를 얻기 위해 요구되는 주파수 이격에 대한 분석도 있었다. 이를 적용한 주파수 변경(frequency-agile) 레이더는 멀티 캐리어(multi-carrier) 신호를 전송해서 탐지율을 높였다. 하지만 현재까지 공지된 기술을 보면 탐지 및 파라메타 추정을 위해서 배열 안테나를 가진 수신부에서 주파수 다이버시티 기법을 적용해서 개발된 신호처리 알고리즘이 발표되지는 못하고 있다.The frequency-dependent nature of the target's RCS has been studied experimentally for some time and there has been an analysis of the frequency spacing required to obtain independent RCSs. The frequency-agile radar employing this has increased the detection rate by transmitting multi-carrier signals. However, in the known technology, the signal processing algorithm developed by applying the frequency diversity technique to the receiver having the array antenna is not disclosed for detection and parameter estimation.
본 발명은 표적 RCS(Radar Cross Section)가 주파수의 함수이므로 멀티 캐리어 신호를 송신하고 표적에 산란된 멀티 캐리어 신호로부터 각 성분의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 크게 향상된 하나의 공분산 행렬을 합성하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Since the target RCS (Radar Cross Section) is a function of frequency, a single covariance matrix with significantly improved SNR (Signal-to-Noise Ratio) of each component is synthesized from a multicarrier signal transmitted on a multicarrier signal and scattered on a target And an object of the present invention is to provide a covariance matrix synthesis apparatus and method using frequency diversity for the detection of a low-fat tom target.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 표적 RCS(Radar Cross Section)가 주파수의 함수이므로 멀티 캐리어 신호를 송신하고 표적에 산란된 멀티 캐리어 신호로부터 각 성분의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 크게 향상된 하나의 공분산 행렬을 합성하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치를 제공한다.In order to achieve the above-described object, in order to achieve the above-mentioned object, a target RCS (Radar Cross Section) is a function of frequency, and therefore a signal-to-noise ratio (SNR) of each component is calculated from a multicarrier signal transmitted in a multi- The present invention provides a covariance matrix synthesis apparatus using frequency diversity for low-pass search detection that combines a covariance matrix greatly improved.
상기 공분산 행렬 합성 장치는,Wherein the covariance matrix synthesizer comprises:
표적으로부터 반사되는 반사 표적 신호를 수신하는 수신부;A receiver for receiving a reflection target signal reflected from the target;
수신된 반사 표적 신호를 각각의 주파수 성분별로 분리하는 아날로그 필터 뱅크부;An analog filter bank unit for separating the received reflection target signals by respective frequency components;
상기 아날로그 필터 뱅크부의 출력 신호를 주파수 성분별 기저대역 신호들로 재구성하고 각 주파수 성분에 대한 계산 공분산 행렬을 계산하고 상기 계산 공분산 행렬에 대하여 같은 위치에 있는 성분들이 동일한 위상을 갖도록 위상 보상하여 보상 공분산 행렬을 생성하며 송신 전력, 잡음 전력을 산출하는 다수의 공분산 처리부;The output signal of the analog filter bank unit is reconstructed into baseband signals for respective frequency components, a calculation covariance matrix for each frequency component is calculated, and phase covariance is performed so that components at the same position have the same phase with respect to the calculation covariance matrix, A plurality of covariance processing units for generating a matrix and calculating transmission power and noise power;
상기 보상 공분산 행렬, 송신 전력 및 잡음 전력을 최대비 합성법(MRC: Maximum Ratio Combining)에 적용하여 가중치 벡터를 계산하여 최적 공분산 행렬을 생성하는 공분산 행렬 합성부; 및A covariance matrix synthesis unit for generating an optimal covariance matrix by applying weighted vectors by applying the compensated covariance matrix, transmit power, and noise power to maximum ratio combining (MRC); And
상기 최적 공분산 행렬로부터 DOA(Direction Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 상기 반사 표적 신호가 상기 수신부에 입사되는 입사각을 추정하는 입사각 추정부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And an incident angle estimator for estimating an incident angle at which the reflection target signal is incident on the receiver using a DOA algorithm from the optimal covariance matrix.
이때, 상기 수신부는 다수의 배열 안테나로 이루어지며, 모노스태틱 모드 또는 바이스태틱 모드로 동작되는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the receiver may include a plurality of array antennas, and may be operated in a mono static mode or a bistatic mode.
또한, 상기 다수의 배열 안테나는 동일한 위치에 놓이는 동일 위치 배열 안테나 형태인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the plurality of array antennas may be in the form of co-located antennas that are placed at the same position.
또한, 상기 계산 공분산 행렬의 계산은 수학식 (여기서, 는 재구성된 주파수 성분이며, 는 의 k번째 스냅샷이고, K는 전체 스냅샷 횟수이며, H는 허미션(Hermitian)연산을 나타낸다)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the calculation of the calculation covariance matrix may be performed using Equation (here, Is reconstructed Frequency component, The K is a total number of snapshots, and H is a Hermitian operation).
또한, 상기 DOA 알고리즘은 CAPON 또는 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)인 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the DOA algorithm may be CAPON or MUSIC (Multiple SIgnal Classification).
또한, 상기 송진 전력은 상기 계산 공분산 행렬로부터 비대칭 성분의 진폭 평균값이고, 상기 잡음 전력은 상기 계산 공분산 행렬의 대각 성분값에서 상기 송신 전력을 뺀 값인 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the transmission power may be an amplitude average value of the asymmetric component from the calculation covariance matrix, and the noise power may be a value obtained by subtracting the transmission power from the diagonal component value of the calculation covariance matrix.
또한, 상기 최적 공분산 행렬은 수학식 (여기서, wi는 가중치 벡터이고, 는 보상 공분산 행렬을 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the optimal covariance matrix may be expressed by Equation (Where w i is a weight vector, Represents a compensation covariance matrix).
또한, 상기 가중치 백터는 수학식 (여기서, 송신 전력 = 이고, = 이며, 이며, 는 기대값을 나타낸다. ci는 주파수에서의 표적 RCS 응답이고, 는 ci의 복소수이고, x는 시간함수, 는 시간 지연, H는 허미션 연산, 은 잡음을 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the weight vector may be expressed by Equation (Here, transmit power = ego, = Lt; Lt; Represents the expected value. c i is the target RCS response at the frequency, Is a complex number of c i , x is a time function, H is a time delay, H is a hermetic operation, Is expressed by < EMI ID = 1.0 >
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 수신부가 표적으로부터 반사되는 반사 표적 신호를 수신하는 단계; 아날로그 필터 뱅크부가 수신된 반사 표적 신호를 각각의 주파수 성분별로 분리하는 단계; 다수의 공분산 처리부가 상기 아날로그 필터 뱅크부의 출력 신호를 주파수 성분별 기저대역 신호들로 재구성하는 단계; 상기 다수의 공분산 처리부가 재구성된 기저대역 신호들의 각 주파수 성분에 대한 계산 공분산 행렬을 계산하는 단계; 상기 다수의 공분산 처리부가 상기 계산 공분산 행렬에 대하여 같은 위치에 있는 성분들이 동일한 위상을 갖도록 위상 보상하여 보상 공분산 행렬을 생성하며 송신 전력, 잡음 전력을 산출하는 단계; 공분산 행렬 합성부가 상기 보상 공분산 행렬, 송신 전력 및 잡음 전력을 최대비 합성법(MRC: Maximum Ratio Combining)에 적용하여 가중치 벡터를 계산하여 최적 공분산 행렬을 생성하는 단계; 및 입사각 추정부가 상기 최적 공분산 행렬로부터 DOA(Direction Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 상기 반사 표적 신호가 상기 수신부에 입사되는 입사각을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 방법을 제공한다. On the other hand, another embodiment of the present invention includes a method of receiving a signal, comprising: receiving a reflective target signal from which a receiver is reflected from a target; Separating the received reflective target signal for each frequency component; A plurality of covariance processing units reconstructing an output signal of the analog filter bank unit into frequency-band-based baseband signals; Computing a covariance matrix for each frequency component of the plurality of covariance processing units reconstructed baseband signals; Calculating a transmit power and a noise power by generating a compensated covariance matrix by phase-compensating the plurality of covariance matrixes so that components at the same position have the same phase with respect to the computed covariance matrix; Calculating a weight vector by applying the covariance matrix, the transmit power, and the noise power to a maximum ratio combining (MRC) method to generate an optimal covariance matrix; And estimating an incident angle at which the reflection target signal is incident on the reception unit using a DOA (Direction Of Arrival) algorithm from the optimal covariance matrix of the incident angle estimation unit. A covariance matrix synthesis method using a covariance matrix is provided.
본 발명에 따르면, 저피탐 표적의 경우에도 복수의 독립적인 표적 RCS(Radar Cross Section)를 획득하고 이를 효과적으로 결합(combining)할 수 있어서 표적의 DOA(Direction Of Arrival) 추정이 가능하다.According to the present invention, a plurality of independent target RCS (Radar Cross Section) can be obtained and combined effectively even in the case of a low-fat tidal target, so that a DOA (Direction of Arrival) estimation of a target is possible.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 정확히 추정된 표적의 DOA 정보를 기반으로 코히어런트한 저피탐 표적 탐지 알고리즘 개발도 가능하다는 점을 들 수 있다. Another advantage of the present invention is that it is possible to develop a coherent low-fat target detection algorithm based on the DOA information of the accurately estimated target.
도 1은 일반적인 멀티 캐리어 DOA 레이더의 송수신 환경을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치(200)의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공분산 행렬을 합성하여 입사각을 추정하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선형성이 향상된 공분산 행렬의 위상을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공분산 행렬로부터 방향 추정 알고리즘을 사용하여 성능 평가를 비교하기 위해 MSE(Mean Square Error)를 도시한 그래프이다.1 is a conceptual diagram showing a transmission / reception environment of a general multi-carrier DOA radar.
FIG. 2 is a block diagram of a covariance
3 is a flowchart illustrating a process of estimating an incident angle by synthesizing a covariance matrix according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating the phase of a covariance matrix with improved linearity according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating mean square error (MSE) for comparing performance estimates using a direction estimation algorithm from a covariance matrix according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for synthesizing a covariance matrix using frequency diversity for low-pass search target detection according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 멀티 캐리어 DOA 레이더의 송수신 환경을 도시한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 송신부(120)는 하나의 안테나를 가지고 멀티캐리어 신호를 송신할 수도 있고 또는 N개의 송신 안테나를 가지고 각 안테나가 서로 다른 중심 주파수를 갖는 협대역 신호를 송신하게 할 수도 있다. 어느 형태를 갖더라도 수신부(130)의 입장에서는 멀티 캐리어 신호를 수신한다. 1 is a conceptual diagram showing a transmission / reception environment of a general multi-carrier DOA radar. Referring to FIG. 1, the
송신부(120)와 수신부(130)는 일반적인 모노스태틱 모드(monostatic mode)로 동작할 수도 있고 서로 공간적으로 떨어져 바이스태틱 모드(bistatic mode)로 동작할 수도 있다. 수신부(130)는 M개의 배열 안테나(130-1 내지 130-M)로 구성되어 있으며 각 배열 소자간 거리는 반파장의 이격 거리를 가지고 있어 수신 안테나들이 멀리 떨어진 구조가 아닌 동일 위치(colocated) 배열 안테나 형태를 가지고 있다. The transmitting
또한 수신부(130)의 각 배열 소자에 수신된 멀티캐리어 신호는 수신부 내부의 아날로그 대역통과 필터뱅크(filter bank)에 의해서 주파수별로 서로 구분될 수 있다. 이하에서는 송수신부간의 시간, 주파수, 위상 동기는 완벽히 이루어진다고 가정하였다. 송신부(120)가 사용하는 멀티 캐리어의 이상적인 주파수간 이격은 표적 크기 및 조향 방향에 의해 정할 수 있다. 표적의 길이가 L이고 균등하게 산란점이 분포되어 있다면 통계적으로 서로 독립(independent)한 RCS 응답을 얻기 위한 주파수 이격 간격 은 수학식 1과 같이 표현 할 수 있다.In addition, the multicarrier signals received by the respective array elements of the
여기서 는 수신단에서 표적을 조향하였을 때 안테나의 수직방향과 표적이 이루는 각도이고, c는 빛의 속도를 나타낸다. 이하의 설명에서는 주파수 이격이 위수학식의 조건을 만족한 것으로 가정하고 기술하며 그렇지 못한 경우의 성능 열화 부분은 별도로 설명한다.here Is the angle between the vertical direction of the antenna and the target when steering the target at the receiver, and c is the speed of light. In the following description, it is assumed that the frequency spacing satisfies the condition of the above equation, and the deteriorated portion of the case is described separately.
송신부(120)로부터 송신된 멀티 캐리어 신호들은 표적(110)에 맞고 산란되어 수신부(130)로 입력되며 수신부 아날로그 필터 뱅크에서 주파수 성분별로 분리되고 기저 대역으로 천이된다. The multi-carrier signals transmitted from the
표적(110)이 먼 거리에 있는 일반적인 경우 산란된 신호는 평면파로 가정할 수 있다. M 개의 배열소자(130-1 내지 130-M)에서 얻어진 주파수 성분의 기저대역 신호 백터 는 다음 수학식으로 나타낼 수 있다. In the general case where the
여기서 는 주파수에서의 표적 RCS 응답이며, 는 로 정의된 평균 RCS 이며, 는 M x 1행렬이다. 위의 수식에서 (표적 RCS 응답)은 확정적인 값이 아니고 랜덤한 값을 가지게 되므로 "평균적으로 얼마인 값을 갖는다.", 혹은 수학식으로 표현하게 된다. 즉, 를 명확하게 설명하기 위한 하나의 표현 방식이 된다.here The The target RCS response at the frequency, The Lt; RTI ID = 0.0 > RCS, Is an
, , H, 그리고 는 각각 멀티캐리어 송신신호의 주파수 성분에 해당하는 시간함수, 시간 지연, 허미션(Hermitian) 연산, 그리고 잡음을 나타낸다. 는 조향벡터(steering vector)이며 산란파가 수신부(130)의 배열 안테나(130-1 내지 130-M)에 대해서 의 각도로 입사되는 경우 다음 수학식으로 나타낼 수 있다. , , H, and Carrier transmission signals < RTI ID = 0.0 > A time function corresponding to the frequency component, a time delay, a Hermitian operation, and noise. Is a steering vector, and a scattering wave is a steering vector for the array antennas 130-1 to 130-M of the
여기서, 와 d는 주파수에 해당하는 파장과 수신 배열 안테나 사이의 거리를 각각 나타내며 d는 그레이팅 로브(grating lobe)를 줄이기 위해 이 되도록 하였다. 은 사용하는 송신 멀티캐리어 주파수들 중에 가장 높은 캐리어 주파수에 해당하는 파장이다. 수신된 신호 의 파워는 다음 수학식과 같이 표현할 수 있다.here, And d is Represents the distance between the wavelength corresponding to the frequency and the receiving array antenna, and d represents the length of the grating lobe Respectively. Is the wavelength corresponding to the highest carrier frequency among the used transmission multicarrier frequencies. Received signal Can be expressed by the following equation.
여기서 Tr은 트레이스(trace) 연산을 나타내고 와 은 주파수 성분에 해당하는 송신 전력으로 각각 과 을 나타낸다. 수학식 2를 이용하면 수신 신호 에 대한 공분산 행렬은 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다. Where Tr represents a trace operation Wow silver The transmission power corresponding to the frequency component and . Using equation (2) Can be expressed by the following equation.
여기서 는 단위행렬을 나타낸다. 공분산 행렬 의 성분 값들은 일반적으로 복소수 값을 가지며 잡음 성분이 없는 경우 j행 k열 성분은 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다.here Represents an identity matrix. Covariance matrix The component values of the j-th row and the k-th column can be represented by the following mathematical expression.
여기서, 는 진폭성분이며 위상 성분 중 는 이다. 각 주파수 성분별로 공분산 행렬을 계산할 수 있으므로 N 개의 공분산 행렬 집합 이 얻어진다. here, Is the amplitude component and the phase component The to be. Since a covariance matrix can be calculated for each frequency component, N covariance matrix sets .
이 N 개의 공분산 행렬들에 가중치를 곱한 후 더해서 SNR이 향상된 하나의 공분산 행렬을 합성해야 하며 공분산 행렬의 각 성분들은 잡음이 없는 경우라도 복소수 값을 가지므로 동일한 행, 열에 있는 N 개의 공분산 행렬 성분의 위상값들을 동일하게 만들어야 한다.The covariance matrices of the covariance matrices have complex numbers even when there is no noise. Therefore, the covariance matrices of N covariance matrices in the same row and column are obtained by multiplying the N covariance matrices by weights, The phase values should be made equal.
수학식 6에서 처럼 공분산 행렬 각 성분의 위상값은 주파수의 함수이므로 하나의 기준 주파수를 이용해서 동일한 행, 열 성분의 위상값들을 통일시켜야 한다.Since the phase value of each component of the covariance matrix is a function of frequency as in Equation (6), the phase values of the same row and column components must be unified using one reference frequency.
을 기준 주파수라고 하면 의 경우 진폭 성분 은 그대로 유지하고 위상 성분 에 을 곱함으로써 위상값을 통일시킬 수 있다. 즉 이 과정에 의해 은 수학식 7의 {check boldR it_{f _{i}} LEFT ( j,`k RIGHT ) 로 변환된다. Is referred to as a reference frequency The amplitude component And the phase component on So that the phase values can be unified. In other words, Is converted to {check bold R it {f _ {i}} LEFT (j, `k RIGHT) in Equation (7).
이 과정을 N 개의 공분산 행렬 모든 성분에 적용해서 위상이 보상된 보상 공분산 행렬 집합 을 얻을 수 있다. 에 속한 공분산 행렬들은 위상이 보상되었으므로 동일 행, 열에 속한 표적 신호성분들은 위상이 동일하다. This process is applied to all the components of the N covariance matrices to obtain a phase-compensated compensated covariance matrix set Can be obtained. The target signal components belonging to the same row and column have the same phase.
그러므로 에 속한 공분산 행렬들을 동일한 가중치로 수학식 8처럼 단순히 더해서 합성 공분산 행렬 을 합성할 수 있다. therefore Is simply added to Equation (8) with the same weight to obtain a composite covariance matrix Can be synthesized.
이하의 설명에서는 이 방식을 EGC(Equal Gain Combining)으로 명명한다. 각 공분산 행렬 에 포함된 잡음 전력은 일반적으로 동일하다고 가정할 수 있으므로 이하 설명에서 은 i에 관계없이 로 표기한다. In the following description, this scheme is referred to as EGC (Equal Gain Combining). Each covariance matrix It can be assumed that the noise power included in < RTI ID = 0.0 > Regardless of i .
각 공분산 행렬 에 포함된 잡음 전력은 동일하지만 서로 통계적으로 독립이다. 그러므로 수학식 8에 의해 얻어진 의 각 성분의 SNR은 집합 에 속한 임의의 공분산 행렬의 성분 보다 SNR이 개선될 수 있다.Each covariance matrix Are the same, but statistically independent of each other. Therefore, The SNR of each component of SNR can be improved over the components of any covariance matrix belonging to < RTI ID = 0.0 >
은 에 속한 공분산 행렬들에 동일한 가중치를 곱한 후 더한 것으로 각 공분산 행렬들의 위상만 통일시키고 진폭 정보를 사용하지 않은 것이다. 최종으로 합성한 공분산 행렬 각 성분들의 SNR을 극대화시키기 위해서는 동일한 가중치로 더하지 말고 진폭 정보를 고려해서 주파수 다이버시티를 최대로 활용한 가중치 을 선정한 후 다음 수학식 9를 이용해서 최종 공분산 행렬 을 합성해야 한다. silver The covariance matrices belonging to the covariance matrices are multiplied by the same weight, and then only the phases of the covariance matrices are unified and the amplitude information is not used. In order to maximize the SNR of each component of the covariance matrices finally synthesized, do not add the same weights but consider the frequency diversity And then the final covariance matrix < RTI ID = 0.0 > Should be synthesized.
일반적으로 산란파가 수신부(130)의 배열 안테나(130-1 내지 130-M)에 대해서 의 각도로 입사되는 경우 공분산 행렬은 수학식 5에 의해서 대각(diagonal) 성분은 , 비대각(off-diagonal) 값은 값을 갖는다.Generally, the scattered waves are applied to the array antennas 130-1 to 130-M of the
이 공분산 행렬에 Capon 등 DOA(Direction Of Arrival) 알고리즘을 적용시킬 때 피크 값은 값이 클수록 두드러진다. 이 결과를 수학식 9를 이용해 합성된 에 적용시켜 보면 DOA 피크값을 가장 크게 하는 조건은 다음 수학식 10과 같이 된다.When the DOA (Direction Of Arrival) algorithm such as Capon is applied to this covariance matrix, the peak value The larger the value, the more noticeable. The result is shown in Equation 9, The condition for maximizing the DOA peak value is as shown in Equation 10 below. &Quot; (10) "
최대비 합성법(MRC: Maximum Ratio Combining) 이론을 적용시키면 수학식 10을 만족시키는 가중치 는 다음 수학식 11과 같다.When the maximum ratio combining (MRC) theory is applied, a weighting value satisfying Equation (10) Is expressed by the following equation (11).
결과적으로 수신부(130)에서는 위 수학식 11을 만족시키는 가중치 벡터 을 찾는다. 따라서, 이를 수학식 9에 적용시켜 최적 공분산 행렬 을 합성할 수 있고 이를 DOA 알고리즘에 적용 시킬 수 있다. 이하 설명에서는 최적 공분산 행렬 을 얻는 방식을 MRC 방법으로 명명한다.As a result, in the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치(200)의 구성 블록도이다. 즉, 도 2는 레이더의 공분산 행렬 합성 장치(200)의 개략적 구성도이다. 도 2를 참조하면, 공분산 행렬 합성 장치(200)는 다수의 배열 안테나(130-1 내지 130-M)로 구성되는 수신부(130), 아날로그 필터 뱅크부(210), 다수의 공분산 처리부(220-1 내지 220-N), 공분산 합성부(230) 및 입사각 추정부(240) 등을 포함하여 구성된다.FIG. 2 is a block diagram of a covariance
송신부(도 1의 120)는 하나의 안테나 또는 배열 안테나를 사용해서 멀티 캐리어 신호를 송신하며 표적(도 1의 110)에 반사된 반사 표적 신호는 수신부(130)의 제 1 내지 제 M 배열 안테나(130-1 내지 130-N)에 입력된다. 1) 120 transmits a multicarrier signal using one antenna or an array antenna, and the reflective target signal reflected on the target (110 in FIG. 1) is transmitted to the first through Mth array antennas 130-1 to 130-N.
제 1 내지 제 M 배열 안테나(130-1 내지 130-N)의 각 배열 소자에 수신된 멀티캐리어 신호는 각 배열 소자에 연결된 아날로그 필터 뱅크부(210)에 입력된 후 각각의 주파수 성분별로 분리된다. 이를 위해, 아날로그 필터 뱅크부(210)는 다수의 아날로그 필터 뱅크로 구성된다. 따라서, 배열 안테나의 소자 개수가 M개 이고 송신 신호로 사용한 멀티 캐리어 개수가 N개라면 총 M개의 아날로그 필터뱅크가 필요하고 아날로그 필터 뱅크부(210)의 각 아날로그 필터뱅크는 주파수별로 분리된 N 개의 신호를 출력한다.The multi-carrier signals received by the respective array elements of the first to Mth array antennas 130-1 to 130-N are input to the analog
아날로그 필터 뱅크부(210)의 출력 신호들은 기저대역 신호로 변환되고 ADC를 거쳐 샘플링된 후 제 1 내지 제 N 공분산 처리부(220-1 내지 220-N)로 입력된다. 제 1 내지 제 N 공분산 처리부(220-1 내지 220-N)에서는 일차적으로 주파수 성분별로 기저대역 신호들을 재구성한 후 각 주파수별로 공분산을 계산한다. The output signals of the analog
앞서 기술한 수학식 2의 는 재구성된 주파수 성분이며 의 k번째 스냅샷을 라고 할 때 공분산 행렬 계산은 다음 수학식 12를 이용해서 할 수 있다.In
여기서 K는 전체 스냅샷 횟수이다. 방향에서 입사되는 하나의 산란파만 있는 경우 수학식 5를 적용해 보면 주파수 성분에 대한 이론적인 공분산 행렬은 수학식 13의 형태를 갖는다. Where K is the total number of snapshots. If there is only one scattering wave incident in the direction, if
제 1 내지 제 N 공분산 처리부(220-1 내지 220-N)는 각 주파수별로 공분산 행렬을 계산한 후 각각의 행렬에서 같은 위치에 있는 성분이 동일한 위상을 갖도록 위상 보상을 한다. 즉 주파수 성분의 공분산 행렬의 경우 각 성분의 위상값에 을 곱함으로써 주파수 성분에 무관하게 위상을 통일시키는 과정으로 계산 공분산 행렬 을 위상이 보상된 보상 공분산 행렬로 변환하는 과정이다 (수학식 7을 참조). The first to Nth covariance processing units 220-1 to 220-N calculate the covariance matrix for each frequency, and perform phase compensation so that the components in the same position in each matrix have the same phase. In other words In the case of the covariance matrix of frequency components, And the phases are unified irrespective of the frequency components. The calculation covariance matrix Phase compensated covariance matrix < RTI ID = 0.0 > (See Equation 7).
제 1 내지 제 N 공분산 처리부(220-1 내지 220-N)에서는 위상이 보상된 보상 공분산 행렬 계산 외에도 계산된 계산 공분산 행렬 로부터 수신신호 전력, 잡음 전력 을 추정한다. 는 수학식 13의 형태를 가지고 있으므로 이론적으로 비대칭(off-diagonal)에 있는 성분의 진폭 성분은 이며, 대각 성분은 이다. In addition to the phase-compensated compensated covariance matrix calculation, the first to Nth covariance processing units 220-1 to 220-N calculate the calculated covariance matrix The received signal power , Noise power . Has the form of Equation (13), so that the amplitude component of the component that is theoretically off-diagonal is And the diagonal component is to be.
그러므로 계산된 계산 공분산 행렬 로부터 비대칭(off-diagonal) 성분의 진폭 평균값을 구해서 을 추정할 수 있고, 대각 성분값에서 이 값을 빼서 을 추정할 수 있다. Therefore, the computed covariance matrix The average value of the off-diagonal components is obtained , And subtracting this value from the diagonal component value Can be estimated.
제 1 내지 제 N 공분산 처리부(220-1 내지 220-N)의 출력값인 보상 공분산 행렬, 수신신호 전력 , 및 잡음 전력 의 추정값은 공분산 행렬 합성부(230)에 입력되어 수학식 11에서 제시한 가중치 계산 공식 에 의해 가중치 벡터 을 계산한다. The first to Nth covariance processing units 220-1 to 220-N output the covariance matrix , Received signal power , And noise power Is input to the covariance
또한, 공분산 행렬 합성부(230)는 수학식 9의 공분산 합성 공식 을 이용해서 행렬 성분들의 SNR이 최대로 개선된 최적 공분산 행렬 을 계산한다. 마지막으로 합성된 가 Capon, MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 등 기존의 DOA 알고리즘에 적용되어 입사각을 추정하게 된다. 표적의 DOA는 공분산 행렬의 위상 선형성에 의해 추정하게 되는데 본 발명에서 표적의 RCS 응답에 따른 가중치에 의해 수신신호 공분산 행렬의 위상 선형성이 향상됨에 따라 더욱 정확한 DOA 추정이 가능해 진다. Also, the covariance
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공분산 행렬을 합성하여 입사각을 추정하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 송신부(도 1의 120)가 표적 신호를 표적(도 1의 110)에 송신하면 수신부(도 2의 130)가 표적으로부터 반사되는 반사 표적 신호를 수신한다(단계 S310,S320).3 is a flowchart illustrating a process of estimating an incident angle by synthesizing a covariance matrix according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, when the transmitter (120 in FIG. 1) transmits a target signal to the target (110 in FIG. 1), the receiver (130 in FIG. 2) receives the reflected target signal reflected from the target (steps S310 and S320 ).
반사 표적 신호가 수신되면, 아날로그 필터 뱅크부(도 2의 210)가 수신된 반사 표적 신호를 각각의 주파수 성분별로 분리한다(단계 S330).When the reflective target signal is received, the analog filter bank unit 210 (Fig. 2) separates the received reflective target signal for each frequency component (step S330).
주파수 성분별로 분리후, 분리된 N개의 출력 신호를 기저대역 신호로 변환한 후 샘플링이 되며, 다수의 공분산 처리부(도 2의 220-1 내지 220-N)가 샘플링된 주파수 성분별 기저대역 신호들을 주파수 성분별로 재구성하고 재구성된 기저대역 신호들의 각 주파수 성분에 대한 계산 공분산 행렬을 계산한다(단계 S340,S350).After separation by frequency components, the separated N output signals are converted into a baseband signal and then sampled. A plurality of covariance processing units 220-1 to 220-N of FIG. 2 convert the sampled frequency- Reconstructs each frequency component, and calculates a calculation covariance matrix for each frequency component of the reconstructed baseband signals (steps S340 and S350).
이후, 상기 계산 공분산 행렬에 대하여 같은 위치에 있는 성분들이 동일한 위상을 갖도록 위상 보상하여 보상 공분산 행렬을 생성한다(단계 S360). 물론, 송신 전력, 잡음 전력 등이 같이 산출된다.Thereafter, the compensation covariance matrix is generated by phase-compensating the calculated covariance matrix so that the components at the same position have the same phase (step S360). Of course, the transmission power, the noise power, and the like are calculated at the same time.
공분산 행렬 합성부(도 2의 230)가 상기 보상 공분산 행렬, 송신 전력 및 잡음 전력을 최대비 합성법(MRC: Maximum Ratio Combining)에 적용하여 가중치 벡터를 계산하고 공분산 합성 공식을 이용하여 최적 공분산 행렬을 생성한다(단계 S370,S380).The covariance
최적 공분산 행렬이 생성되면, 입사각 추정부(도 2의 240)가 상기 최적 공분산 행렬로부터 DOA(Direction Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 상기 반사 표적 신호가 상기 수신부에 입사되는 입사각을 추정한다(단계 S390).When the optimal covariance matrix is generated, the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선형성이 향상된 공분산 행렬의 위상을 도시한 그래프이다. 즉, 도 4는 위상이 보상된 보상 공분산 행렬 , 수학식 8 및 수학식 9에 의해 합성된 합성 공분산 행렬 및 최적 공분산 행렬 의 첫 번째 열에 있는 성분들의 위상 변화를 나타낸 그림이다. 4 is a graph illustrating the phase of a covariance matrix with improved linearity according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 4 shows a phase compensated covariance matrix , A synthetic covariance matrix synthesized by Equations (8) and (9) And an optimal covariance matrix The phase shift of the components in the first column of Fig.
위상값들은 입사각 정보를 가지고 있으므로 선형성이 클수록 DOA 성능이 우수할 것으로 짐작할 수 있다. 특히, 도 4는 4개의 멀티캐리어를 사용한 경우를 시뮬레이션한 결과로서 Ideal case는 잡음이 없는 경우이다. 본 발명에서 제안한 최대비 합성법(MRC: Maximum Ratio Combining)에 의한 가 가장 선형성이 우수하고 EGC(Equal Gain Combining) 방법에 의한 가 다음으로 성능이 우수하다. Since the phase values have incident angle information, the higher the linearity, the better the DOA performance is. Particularly, FIG. 4 is a result of simulation using four multi-carriers, and Ideal case is a case where there is no noise. The maximum ratio combining (MRC) proposed in the present invention (EGC) < RTI ID = 0.0 > (Equal Gain Combining) < / RTI & Is next in performance.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공분산 행렬로부터 방향 추정 알고리즘을 사용하여 성능 평가를 비교하기 위해 MSE(Mean Square Error)를 도시한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 시뮬레이션은 캐리어가 4개인 경우와 8개인 경우에 대해서 수행하였으며 동일한 조건에서 성능 평가를 위해 송신 전력을 P로 고정한 것이다.5 is a graph illustrating mean square error (MSE) for comparing performance estimates using a direction estimation algorithm from a covariance matrix according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the simulation is performed for four carriers and eight carriers, and the transmission power is fixed to P for performance evaluation under the same conditions.
따라서 싱글 캐리어의 경우 P의 파워를 송신하였다면 멀티 캐리어는 P/N의 파워로 신호를 각각 송신하였다. EGC방식에 의해 을 사용한 경우는 싱글 캐리어를 사용한 경우 보다 주파수 다이버시티 이득으로 방향 추정 성능이 향상되었다. 그러나 MRC 방식에 의해 을 사용한 경우 성능이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.Therefore, if the power of P is transmitted in the case of single carrier, the multicarrier transmits signals with the power of P / N. By the EGC method The direction estimation performance was improved by the frequency diversity gain than when the single carrier was used. However, The best performance is obtained.
110: 표적
120: 송신부 130: 수신부
130-1 내지 130-M: 배열 안테나
200: 공분산 행렬 합성 장치
210: 아날로그 필터 뱅크
220-1 내지 220-N: 공분산 처리부
230: 공분산 행렬 합성부
240: 입사각 추정부 110: Target
120: transmitting unit 130: receiving unit
130-1 to 130-M: Array antenna
200: Covariance matrix synthesis device
210: Analog filter bank
220-1 to 220-N: Covariance processing unit
230: Covariance matrix synthesis unit
240: Incident angle estimating unit
Claims (9)
수신된 반사 표적 신호를 각각의 주파수 성분별로 분리하는 아날로그 필터 뱅크부;
상기 아날로그 필터 뱅크부의 출력 신호를 주파수 성분별 기저대역 신호들로 재구성하고 각 주파수 성분에 대한 계산 공분산 행렬을 계산하고 상기 계산 공분산 행렬에 대하여 같은 위치에 있는 성분들이 동일한 위상을 갖도록 위상 보상하여 보상 공분산 행렬을 생성하며 송신 전력, 잡음 전력을 산출하는 다수의 공분산 처리부;
상기 보상 공분산 행렬, 송신 전력 및 잡음 전력을 최대비 합성법(MRC: Maximum Ratio Combining)에 적용하여 가중치 벡터를 계산하여 최적 공분산 행렬을 생성하는 공분산 행렬 합성부; 및
상기 최적 공분산 행렬로부터 DOA(Direction Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 상기 반사 표적 신호가 상기 수신부에 입사되는 입사각을 추정하는 입사각 추정부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.
A receiver for receiving a reflection target signal reflected from the target;
An analog filter bank unit for separating the received reflection target signals by respective frequency components;
The output signal of the analog filter bank unit is reconstructed into baseband signals for respective frequency components, a calculation covariance matrix for each frequency component is calculated, and phase covariance is performed so that components at the same position have the same phase with respect to the calculation covariance matrix, A plurality of covariance processing units for generating a matrix and calculating transmission power and noise power;
A covariance matrix synthesis unit for generating an optimal covariance matrix by applying weighted vectors by applying the compensated covariance matrix, transmit power, and noise power to maximum ratio combining (MRC); And
An incident angle estimator for estimating an incident angle at which the reflection target signal is incident on the receiver using a DOA algorithm from the optimal covariance matrix;
And a frequency diversity covariance matrix synthesis unit for detecting a low-pitched tomographic target.
상기 수신부는 다수의 배열 안테나로 이루어지며, 모노스태틱 모드 또는 바이스태틱 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the receiving unit comprises a plurality of array antennas and is operated in a mono static mode or a bistatic mode.
상기 다수의 배열 안테나는 동일한 위치에 놓이는 동일 위치 배열 안테나 형태인 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of array antennas are in the form of co-located antennas placed at the same position.
상기 계산 공분산 행렬의 계산은 수학식 (여기서, 는 재구성된 주파수 성분이며, 는 의 k번째 스냅샷이고, K는 전체 스냅샷 횟수이며, H는 허미션(Hermitian)연산을 나타낸다)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.
The method according to claim 1,
The computation of the computational covariance matrix may be performed using Equation (here, Is reconstructed Frequency component, The Wherein K is a total number of snapshots, and H is a Hermitian operation). ≪ Desc / Clms Page number 20 >
상기 DOA 알고리즘은 CAPON 또는 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)인 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the DOA algorithm is CAPON or MUSIC (MULTI SIIGNAL CLASSIFICATION). ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
상기 송신 전력은 상기 계산 공분산 행렬로부터 비대칭 성분의 진폭 평균값이고, 상기 잡음 전력은 상기 계산 공분산 행렬의 대각 성분값에서 상기 송신 전력을 뺀 값인 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the transmit power is an amplitude mean value of an asymmetric component from the computed covariance matrix and the noise power is a value obtained by subtracting the transmit power from a diagonal component value of the computed covariance matrix. Covariance Matrix Synthesizer.
상기 최적 공분산 행렬은 수학식 (여기서, wi는 가중치 벡터이고, 는 보상 공분산 행렬을 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the optimal covariance matrix is expressed by equation (Where w i is a weight vector, Represents a compensated covariance matrix). ≪ RTI ID = 0.0 > [10] < / RTI >
상기 가중치 백터는 수학식 (여기서, 송신 전력 = 이고, = 이며, 이며, 는 기대값을 나타내고, ci는 주파수에서의 표적 RCS 응답이고, 는 ci의 복소수이고, x는 시간함수, 는 시간 지연, H는 허미션 연산, 은 잡음을 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치.
8. The method of claim 7,
The weight vector is expressed by the following equation (Here, transmit power = ego, = Lt; Lt; , C i is the target RCS response at the frequency, Is a complex number of c i , x is a time function, H is a time delay, H is a hermetic operation, And the noise is represented by a noise. The apparatus for synthesizing a covariance matrix using frequency diversity for detecting a low-pitched target.
아날로그 필터 뱅크부가 수신된 반사 표적 신호를 각각의 주파수 성분별로 분리하는 단계;
다수의 공분산 처리부가 상기 아날로그 필터 뱅크부의 출력 신호를 주파수 성분별 기저대역 신호들로 재구성하는 단계;
상기 다수의 공분산 처리부가 재구성된 기저대역 신호들의 각 주파수 성분에 대한 계산 공분산 행렬을 계산하는 단계;
상기 다수의 공분산 처리부가 상기 계산 공분산 행렬에 대하여 같은 위치에 있는 성분들이 동일한 위상을 갖도록 위상 보상하여 보상 공분산 행렬을 생성하며 송신 전력, 잡음 전력을 산출하는 단계;
공분산 행렬 합성부가 상기 보상 공분산 행렬, 송신 전력 및 잡음 전력을 최대비 합성법(MRC: Maximum Ratio Combining)에 적용하여 가중치 벡터를 계산하여 최적 공분산 행렬을 생성하는 단계; 및
입사각 추정부가 상기 최적 공분산 행렬로부터 DOA(Direction Of Arrival) 알고리즘을 이용하여 상기 반사 표적 신호가 상기 수신부에 입사되는 입사각을 추정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 방법.
Receiving a reflective target signal from which the receiver is reflected from the target;
Separating the received reflective target signal for each frequency component;
A plurality of covariance processing units reconstructing an output signal of the analog filter bank unit into frequency-band-based baseband signals;
Computing a covariance matrix for each frequency component of the plurality of covariance processing units reconstructed baseband signals;
Calculating a transmit power and a noise power by generating a compensated covariance matrix by phase-compensating the plurality of covariance matrixes so that components at the same position have the same phase with respect to the computed covariance matrix;
Calculating a weight vector by applying the covariance matrix, the transmit power, and the noise power to a maximum ratio combining (MRC) method to generate an optimal covariance matrix; And
Estimating an incident angle at which the reflection target signal is incident on the receiver using an algorithm of DOA (Direction Of Arrival) from the optimal covariance matrix;
And a frequency diversity covariance matrix synthesis method for detecting a low-pitched tomographic target.
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KR1020140105951A KR101555996B1 (en) | 2014-08-14 | 2014-08-14 | Apparatus and Method for compositing covariance matrix using frequency diversity for low-observable target detection |
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